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多气体浓度智能测试仪:STC89C52与传感器的应用
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更新于2024-06-23
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本文主要探讨的是基于单片机技术的多气体浓度测试仪的设计与应用。随着我国经济的发展和汽车保有量的增长,醉酒驾车导致的交通安全问题日益突出,因此对酒精浓度的实时监测变得尤为重要。同样,在煤炭工业中,尤其是中小型煤矿,甲烷爆炸事故频发,甲烷浓度的精确检测对于保障生产安全具有重要意义。 本文的核心技术是利用STC89C52单片机作为控制器,结合MQ3酒精浓度传感器和MQ4甲烷浓度传感器进行多气体浓度的实时检测。通过A/D转换器AD0832将传感器输出的模拟信号转化为数字信号,以便单片机能准确处理。数据处理过程包括信号调理、数值计算和显示,其中LCD被用于实时显示酒精浓度值。为了处理更复杂的计算和实现远程监控,系统设计了单片机与PC机的串口通信接口,如RS-232,单片机作为下位机负责数据采集和设备控制,而PC机作为上位机执行高级数据处理和远程设备控制。 数据采集子系统采用高效的传感器配合A/D转换器,确保了气体浓度的实时准确读取。数据处理子系统则设计了报警机制,当气体浓度超过预设的限值时,系统会触发声光报警,提醒监测人员采取相应措施。此外,用户可以根据实际需求通过编程设置报警点的上限值,增加了系统的灵活性。 关键词涵盖了本文的核心技术,如酒精浓度传感器MQ3、甲烷浓度传感器MC113、单片机STC89C52、A/D转换器、数据选择器74HC4051、串口通信协议RS232,以及开发工具如Visual Basic (VB)。 本文的研究成果为解决交通安全和工业生产中的气体浓度监测问题提供了实用且高效的解决方案,对于提升公共安全和工业生产效率具有积极的意义。
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本科毕业设计(论文)
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图 2-1 单片机引脚图
P0 口:P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口,也即地址/数据总线复用口。
作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口 P0
写“1”时,可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,
这组口线分时转换地址(低 8 位)和数据总线复用,在访问器件激活内部上拉电
阻。在 Flash 编程时,P0 口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,
校验时,要求外接上拉电阻。
P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱
动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电
阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电
阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P1.0 和 P1.1 还可分别
作为定时/计数器 2 的外部计数输入(P1.0/T2)和输入(P1.1/T2EX)。Flash 编
程和程序校验期间,P1 接收低 8 位地址。表 2-1 为 P1.0 和 P1.1 的第二功能。
表 2-1
引脚号
功能特性
P1.0
T2: 定时器/计数器 2 外部计数脉冲输入,时钟输出
P1.1
T2EX: 定时器/计数器 2 捕获重装载触发和方向控制
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P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 的输出缓冲级可
驱(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1”,通过内部的上
拉电阻把端口拉到高电平,同时可作输入口,作输入口使用时,因为内部存在上
拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存
储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVX@DPTR 指令)时,P2 口送出
高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器(如执行 MOVX@RI 指令)时,
P2 口输出 P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时,P2 亦接收高位地址和一些控
制信号。
P3 口:P3 口时一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级
可驱动(吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入 1 时,它们被内
部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时,被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输
出电流(IIL)。P3 口作为一般的 I/O 口线外,更重要的用途是它的第二功能,
如表 2-2 所示。此外,P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验
的控制信号。
RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平
将使单片机复位。
ALE/ :当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输
出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下,ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6
输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每
当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程器件,改引
脚还用于输入编程脉冲( )。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)
区中的 8EH 单元的 D0 位复位,可禁止 ALE 操作。该位置复位后,只有一条 MOVX
和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程
序时,应设置 ALE 禁止位无效。
:程序储存允许( )输出是外部程序存储器的读选通信号,当 89C5X
单片机由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次 有效,
即输出两个脉冲。在次期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次 PSEN 信号。
/VPP :外部访问允 许。欲使 CPU 仅访 问外部程序存 储器(地址为
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0000H-FFFH),EA 端必须保持低电平(接地)。需要注意的是:如果加密位 LB1
被编程,复位时内部会锁存 端状态。
如 端为高电平(接 Vcc 端),CPU 则执行内部程序存储器中的指令。
Flash 存储器编程时,该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp,当然这必须是
该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。
表 2-2 P3 口的第二功能
端口引脚
具体第二功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
(外中断 0)
P3.3
(外中断 1)
P3.4
T0(定时/计数器 0)
P3.5
T1(定时/计数器 1)
P3.6
(外部数据存储器写选通)
P3.7
(外部数据存储器读选通)
2.2 模数转换器简介
实现 A/D 转换的基本方法很多,有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转
换法。由于逐次逼近式 A/D 转换具有速度快,分辨率高等优点,而且采用这种方
法的 ADC 芯片成本低,所以我们采用逐次逼近式 A/D 转换器。逐次逼近型 ADC 包
括 1 个比较器、一个数模转换器、1 个逐次逼近寄存器(SAR)和 1 个逻辑控制
单元。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较,一个时钟周期完成 1
位转换,依次类推,转换完成后,输出二进制数。这类型 ADC 的分辨率和采样速
率是相互牵制的。优点是分辨率低于 12 位时,价格较低,采样速率也很好。
ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片,其最高分辨可达 256 级,可以适应一
般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压
输入在 0-5V 之间。芯片转换时间仅为 32μS,据有双数据输出可作为数据校验,
以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入,使多器件挂
接和处理器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端,可以轻易的实现通道功能
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的选择。鉴于其 8 位分辨率、双通道 A/D 转换、输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼
容、5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间、工作频率为 250KHZ、转换时间为 32
微秒、一般功耗仅为 15MW 等优点,适合本系统的应用,所以在本设计中采用
ADC0832 作为模数转换器件。
其具体特点如下:
· 8 位分辨率;
· 双通道 A/D 转换;
· 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容;
· 5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间;
· 工作频率为 250KHZ,转换时间为 32μS;
· 一般功耗仅为 15mW;
· 8P、14P—DIP(双列直插)、PICC 多种封装;
· 商用级芯片温宽为 0°C to +70°C,工业级芯片温宽为−40°C to
+85°C;
芯片接口说明:
· CS_ 片选使能,低电平芯片使能。
· CH0 模拟输入通道 0,或作为 IN+/-使用。
· CH1 模拟输入通道 1,或作为 IN+/-使用。
· GND 芯片参考 0 电位(地)。
· DI 数据信号输入,选择通道控制。
· DO 数据信号输出,转换数据输出。
· CLK 芯片时钟输入。
· VCC/VREF 电源输入及参考电压输入(复用)。
ADC0832 引脚图如图 2-2 所示
图 2-2
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